EFFICIENZA ENERGETICA IN DATA CENTERE CENTRALI PER TELECOMUNICAZIONI

Milano: 9 maggio 2018

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PREMESSAIMPATTO ENERGETICO DELLE TECNOLOGIE INFORMATICHE

Da studi Enea:• le apparecchiature e i servizi delle tecnologie dell’ICT sono attualmente responsabili

di circa l’8% del consumo di elettricità nell’Unione Europea e di circa il 4% dellaCO2 emessa in atmosfera.

• i data center sono responsabili di circa il 18% del consumo di energia del settoreICT (dati 2016) con tassi di crescita delle emissioni di CO2 di circa il 7% annuo.

Aumento servizi web, software di calcolo,sistemi di assistenza computerizzata e bigdata provenienti da apparati Internet

I consumi legati allo sviluppo dei DC cresceranno con ritmi superiori a quelli di tutte lealtre tecnologie ICT.

Crescente richiestaenergetica dei DC

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PREMESSAPrincipali esigenze DC:

Gestire e valutare i consumi energetici richiede la definizione di parametri di misura ela previsione di un piano di misura e monitoraggio degli stessi.

• Garantire la massima affidabilità del sistema

• Contenere i consumi energetici

Necessario adottare misure economicamente vantaggiose che riducono i costi

energetici e di gestione del DC e ne aumentano contestualmente l’affidabilità.

Inefficienze relative all’alimentazione degli apparati IT e degli impianti di

climatizzazione nei DC, offrono significative opportunità di adottare misure di

efficientamento energetico.

IMPATTO ENERGETICO DELLE TECNOLOGIE INFORMATICHE

Ottenere risparmio energetico applicando le best practices

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MISURAZIONE DEL PUE1

GESTIONE DEL FLUSSO DI ARIA2

3 REGOLAZIONE SET-POINT TEMPERATURA

4 UTILIZZO DEL FREE-COOLING

REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI METERING

5 OTTIMIZZARE LA DISTRIBUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA

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BEST PRACTICES– DATA CENTER BESTPRACTICES

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Attività per tenere traccia del consumo di Energia del Data Center:• eseguire misurazioni continue nell’arco delle 24h;• rilevare i dati nell’arco dell’anno solare (variazioni climatiche stagionali modificano i risultati);• utilizzare più misuratori di potenza sulla linea per quantificare il consumo di energia nel tempo;• includere i misuratori nel Building Management System.

PUE =PDT

PIT

Potenza tot.assorbita dal Data Center:• Sistemi di raffreddamento• Illuminazione• Trasformatori• Cavi alta e bassa tensione• …

Potenza usata dagli apparati IT:• Server,• apparecchiature di memorizzazione,• apparecchiature di rete,• …

Power UsageEffectiveness

MISURAZIONE DEL PUE (1/2) PUE

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PUE

PUE:Ø DT Google: 1,12Ø DT altri: 1,80 ¸ 1,89

PUE = 2per ogni watt di energia IT ne viene consumato un altro per il raffreddamento e la distribuzione dienergia alle apparecchiature IT.

PUE = 1quasi tutta l'energia consumata viene utilizzata per i sistemi informatici.

Fonte: SMART 2020 - GeSI

MISURAZIONE DEL PUE (2/2)1

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2 FLUSSOD’ARIA

Gestire il flusso d'aria all'interno dei locali con metodi semplici ed economici:

Ø Ricerca di metodi economici per la gestione del flusso d'ariaimpedire che l'aria presente nel "corridoio caldo" dietro ai rack del server simisceli con quella del "corridoio freddo", situato davanti ai rack:• utilizzo di condutture adeguate e isolamenti permanenti;• utilizzo di piastre di chiusura per chiudere per gli slot rimasti vuoti nel rack;• posizionamento di tende a liste in plastica per isolare il corridoio freddo;• delimitazione delle zone con i componenti che producono più calore (adesempio, le unità di alimentazione) tramite tende a liste in plastica.

Ø Programmazione mediante modello termicoUtilizzare il modello termico per comprenderemeglio il flusso d’aria all’interno dei DT e bilanciarele temperature, riducendo le zone calde in modo dadiminuire i tempi di funzionamento deicondizionatori.

GESTIONE DEL FLUSSO DI ARIA (1/2)

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Ø Analisi termografica

L’analisi ha lo scopo di individuare le zone critiche:

• evidenziando le eventuali aree con temperatura elevata in cui non arriva abbastanza aria fredda

• evidenziando le aree in cui c’è un eccesso di raffreddamento con uno spreco di energia

2 FLUSSOD’ARIAGESTIONE DEL FLUSSO DI ARIA (2/2)

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3 SET-POINT

Ø Innalzamento della temperatura a 26°

Aumentare la temperatura del corridoio freddo, in conformità alle specifiche dei produttori di

attrezzature IT.

Si ottiene così:

• riduzione del consumo di energia degli impianti di climatizzazione (~30% dei consumi totali)

• aumento delle ore di funzionamento del sistema free-cooling

REGOLAZIONE SET-POINT TEMPERATURA

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4 FREECOOLING

All’interno di un DT sono gli impianti di

refrigerazione a consumare maggiori

quantitativi di energia.

Quindi, riducendo il loro utilizzo, si

possono ottenere risparmi.

Ø Free Cooling Diretto

Immissione diretta di aria esterna

all’interno, opportunamente filtrata e

deumidificata

50%30%

20%

Consumi energetici DataCenter

IT Equipment

Raffreddamento

Alimentazione

Ø Free Cooling Indiretto

Viene raffreddata l’acqua del circuito di

raffreddamento con un sistema di

evaporazione

UTILIZZO DEL FREE-COOLING

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5DISTRIBUZIONE

ENERGIAELETTRICA

Riduzione delle perdite nella distribuzione di corrente ed eliminazione deipassaggi per la variazione di tensione

Ø Utilizzo di regolatori di tensione ad elevata efficienza

1/3 dell’energia utilizzata da un server tradizionale viene sprecata a livello dialimentazione, quando la corrente alternata viene convertita in corrente continua.

Ø Mantenere i voltaggi elevati vicino all’alimentazione

Regolatori efficienti permettono che la maggior parte dell’energia venga indirizzataai componenti che svolgono funzioni di elaborazione vera e propria.

Ø Utilizzo delle Unità di Distribuzione dell’Alimentazione

OTTIMIZZARE LA DISTRIBUZIONE DI ENERGIAELETTRICA 1/2

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Ø Scelta di gruppi di Continuità Efficienti (UPS)Inserimento di batterie di back-up direttamente nei rack dei server

Ø Riduzione dell’energia utilizzata per la ventilazione

Velocità di rotazione ridotta al minimo, quanto basta per mantenere la giustatemperatura di funzionamento delle macchine

DATA CENTERCLASSICO

DATA CENTER OTTIMIZZATO

Ø Utilizzo di sistemi di illuminazione efficientiLa potenza assorbita dal sistema di illuminazione oltre a un consumo direttocostituisce un ulteriore apporto termico da dissipare, quindi è consigliato:• prevedere l’installazione di sistemi di illuminazione a basso consumo,• ricorrere a sistemi di controllo automatici dotati di sensori di presenza,temporizzatori, etc. in modo da garantire l’accensione e il livello di illuminamentonecessario.

5DISTRIBUZIONE

ENERGIAELETTRICA

OTTIMIZZARE LA DISTRIBUZIONE DI ENERGIAELETTRICA 2/2

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6 METERING

Implementare un sistema di controllo e gestione presenta diversi vantaggi

• Aiuta ad identificare eventuali anomalie o scostamenti rispetto ai profili funzionali

standard del sistema e le possibili cause

• Le misure delle prestazioni energetiche del DC possono anche essere utilizzate per

commissionare e rilevare i guasti e diagnosticare le loro cause

• Supporta le attività di gestione degli spazi e dell’energia utilizzata

• Permette di valutare quantitativamente le prestazioni e di confrontarle rispetto alle

condizioni di funzionamento standard e ai benchmarking di mercato

REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI METERING 1/2

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Implementare un sistema di controllo e gestione presenta diversi vantaggi

• Aiuta a convalidare strategie di efficienza energetica e identificare opportunità per il

miglioramento, riducendo i costi energetici e operativi. Tra le strategie vi è la

definizione di parametri di prestazione

• Aiuta a monitorare e gestire i costi energetici, verificare le bollette energetiche e

stabilire le priorità di intervento

• Permette di informare e coinvolgere il senior management e altre figure coinvolte

nel definire una strategia di miglioramento continuo delle prestazioni energetiche

della struttura

6 METERINGREALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI METERING 2/2

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AMBITIMETERING

I principali ambiti di interesse nella gestione di un DC:

• Monitoraggio e controllo energetico

• Apparati IT

• Condizioni ambientali interne

• Gestione dei sistemi di raffrescamento e di ventilazione

• Sistemi di continuità

• Illuminazione

È quindi importante identificare i parametri chiave da misurare che indichino quanto

bene il sistema stia funzionando

• prevedere la strumentazione da installare

• implementare un programma manutenzione e gestione della strumentazioneutilizzata

PRINCIPALI AMBITI DI MONITORAGGIO IN UN DC

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Realizzazione di unprogetto per unsistema di controllo egestione deiparametri ambientalie dei consumienergetici nei mainsites

OBIETTIVI

Per ogni Data Center o Main Site TLC il sistema si propone di:

• Misurare in continuo i parametri ambientali interni ed esterni (temperatura eumidità) e quelli di consumo energetico di apparati attivi (server, storage, switch,router, apparati trasmissivi) ed ausiliari (CDZ, UPS, illuminazione,videosorveglianza, sicurezza)

• Interfacciarsi con il sistema di gestione e controllo degli impianti di sala per laraccolta dei dati provenienti dallo stesso

• Raccogliere e trasmettere i tutti i dati al sistema centrale ove saranno archiviatied elaborati

• Riconoscere variazioni anomale dei parametri ambientali e dei consumigenerando segnali di allarme agli operatori

• Poter intraprendere da remoto azioni di regolazione del sistema sia manuali, cheautomatizzate.

SCOPO DEL PROGETTO

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Realizzazione di unprogetto pilota per unsistema di controllo egestione deiparametri ambientalie dei consumienergetici

OBIETTIVI

Attraverso una piattaforma SW centralizzata, il sistema si propone di:- ASSET MANAGEMENT

• Creare l’anagrafica centrale dei siti con registrazione di tutti i dati caratteristicidegli stessi dal punto di vista energetico

- SISTEMA DI MISURA E ARCHIVIAZIONE• Raccogliere, archiviare e storicizzare tutti i dati provenienti dalle centrali in

campo• Analizzare ed elaborare i dati e l’andamento degli stessi• Permettere un’agevole estrazione dei dati in base a richieste dell’utente• Creazione di report, grafici e dashboard predefinite e disponibili sia su

dispositivi locali che di tipo mobile (smartphone, tablet)- GESTIONE TERMICA

• Interagire da remoto con il sistema di regolazione degli impianti in modo dapoter apportare le modifiche desiderate ai parametri sotto controllo

UN SISTEMA INTEGRATO

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SISTEMA DI CONTROLLO DI DATA CENTER E CENTRALI TLC SISTEMA DICONTROLLO

SISTEMA DI MISURA EARCHIVIAZIONE

RETROAZIONEE CONTROLLO

ASSETMANAGEMENT

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MODULO DI ASSET MANAGEMENT

La piattaforma web-based DBA SET, permette di interagire con tutti i dati raccolti.La mappa da accesso ai vari main sites, per ognuno sarà presente il layout con leplanimetrie delle sale, dove sono riportati i sensori rappresentati tramite icone nellaposizione reale. Qualora il sistema lo preveda, potranno essere visualizzati i datimisurati real time delle sonde.Ogni sito è geolocalizzato e corredato di tutti gli elementi che lo compongono.

ASSETMANAGEMENT

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MODULO DI ASSET MANAGEMENT

Gestione anagrafica e manutentiva anche di migliaia di elementi distribuiti sul territorio. Referenzageo-posizionale. Correlazione alle attività di progetto.

Asset configurabili emodificabili anche aprogetto avviato

Ricerca avanzata deglielementi configurati

Stati dinamiciassociabili ad ogni asset

Geolocalizzazione sugoogle map

Definizione di gruppi dilavoro multipli secondocriteri configurabili

Possibilità di associarequalsiasi tipo didocumentazioneall’asset (layout,implementazioni, as-built)

Maintenance degli assetcon gestione degli ordinidi lavoro e alert mail

ASSETMANAGEMENT

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MODULO DI MISURA ED ARCHIVIAZIONE:ATTIVITA’ PROPEDEUTICHEPer conoscere la posizione ottimale dove posizionare le sonde di temperatura, èpossibile effettuare delle misure con il balometro.

Controllo e bilanciamento del flusso di aria nel sistema dicondizionamento dell’aria mediante misurazioni su griglie e/odiffusori di aria mediante un sensore di pressione differenziale,calibrato e compensato in pressione atmosferica e temperatura.

Analisi termografica. Tramite l’analisi dei datisarà possibile capire in che zone risulta più utileinstallare le sonde di temperatura, permonitorare l’andamento nel tempo e verificare irisultati a fronte di interventi di ottimizzazionedei flussi termici.

ANALISI

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• Verifica impianti esistenti per interfaccia e recupero set point impianto dicondizionamento;

• Acquisizione allarmi CDZ direttamente dalle macchine;• Recupero allarmi apparati da eventuali sistemi proprietari;• Recupero allarmi ambientali da sistemi esistenti.

Oltre a recuperare i dati dai PLC delle macchine installate, il progetto prevedel’installazione di sonde di temperatura, le quali verificheranno che i set point sianorispettati.A completamento del sistema, monitorando i consumi energetici di condizionatori estazioni di energia, sarà possibile calcolare il PUE di sala/centrale, in modo daconoscere l’efficienza della stessa.

VERIFICHEMODULO DI MISURA ED ARCHIVIAZIONE:ATTIVITA’ PROPEDEUTICHE E VERIFICHE

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GSMGPRSUMTS

ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI MISURA

CONCENTRATOREGATEWAY

POWER METERPLC

UPS

CLIMATIZZATORE

APPARATITELEFONIA

SONDEAMBIENTALI

RACK TELEFONIA

POWER METERDC

GESTIONEENERGETICA

MODULO MISURA E ARCHIVIAZIONE

Un sistema di misura deiparametri ambientali edei consumi energetici,permette di tenere sottocontrollo il sito dalpunto di vistaenergetico. Le sonde sulcampo inviano i dati adun concentratore, ingrado di catalogarli econdividerli con ilportale web based, ilquale li mette adisposizione dell’utente.

MISURA EARCHIVIAZIONE

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MISURA EARCHIVIAZIONE

MODULO MISURA E ARCHIVIAZIONE

Grazie allo sviluppo innovativo del software,utilizzando gli ultimi paradigmi informatici, DBA hacreato uno strumento innovativo, completamentepersonalizzabile, veloce e dinamico.

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MISURA EARCHIVIAZIONE

MODULO MISURA E ARCHIVIAZIONE

• Geolocalizzazione dei siti

• Widget configurabili dall’utente• Invio di alert programmati via mail o Telegram• Scheduling esportazione dati via mail

• Ricezione dati da qualsiasi tipo di sonda• Analisi storica dei dati• Confronto dati tra grandezze uguali o diverse• Inserimento manuale dei dati

• Analisi predittive• Correlation e Anomaly detection

• Visualizzazione dati real time• Esportazione in vari formati dei dati• Calcolo indici energetici come il PUE• Aggregazione dati secondo linee guida ENEA per le diagnosi

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Tramite il machine learning è possibile far apprendere al sistema il funzionamentodegli impianti. Utilizzando lo storico dei dati, correlandolo con informazioni derivateper esempio dai servizi meteo presenti nel web, si possono calcolare e prevederegli andamenti futuri.Con le analisi predittive è possibile prevenire malfunzionamenti e anticiparneeventuali derive.

MACHINE LEARNINGMODULO MISURA E ARCHIVIAZIONE MACHINE

LEARNING

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L’architettura di sistema diBuilding Automation dispone diuna soluzione integrataIl controllo centralizzato e lasupervisione di tutte le partidell’impianto è demandato adesempio al sistema disupervisione ABB IoTsoftware.

ARCHITETTURA DEL SISTEMA KNX ABB

MODULO DI RETROAZIONE E CONTROLLO RETROAZIONECONTROLLO

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Grazie alla flessibilità della piattaforma Software è possibile controllare l’intero sistemaconsentendo la:• Visualizzare lo stato del sistema;• Gestione dei parametri principali;• Comandare tutte le fasi di lavorazione;• Gestione e storicizzazione allarmi;• Visualizzare lo stato degli interruttori;• Comandare apertura e chiusura degli interruttori;• Gestione dei parametri principali dei gruppi elettrogeni;• Analisi dei valori principali di rete, visualizzazione, grafici;• Attivazione procedure automatiche per gestione congiunture dei trasformatori peranomalie e/o manutenzione impianto.La flessibilità della piattaforma consente di relazionarsi con diverse tipologie egrandezze di impianti di infrastrutture mediante un’architettura scalabile. La versatilitàdella piattaforma si evince dalla capacità di potersi interfacciare con sistemi esistenti.

MODULO DI RETROAZIONE E CONTROLLO RETROAZIONECONTROLLO

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SISTEMA SCALABILE

Come si è detto, sistema èin grado di tenere sottocontrollo le variabiliambientali all’interno di unacentrale o di un datacenter. Essendo il sistemascalabile sarà possibilemonitorare l’intera centrale,oppure una parte di essa,riducendo ad esempiol’area ad una sola sala.Il modello potrà poi essereesteso all’intera centrale.

SCALABILITA’

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SVILUPPI FUTURI SVILUPPIFUTURI

• App per smartphone e tablet:ü visualizzazione dati presenti a portale;ü supporto al sopralluogo per

l’immagazzinamento dei dati;ü visualizzazione dati real time;ü layout del sito monitorato.

• Big Data:ü elaborazione dati a fini statistici;ü integrazione con DB pubblici per gli

asset aziendali ed il meteo;ü previsione guasti agli apparati a fini

manutentivi.ü manutenzioni predittive

DBA ProgettiIng. Luigi GittoDirettore Settore Efficienza EnergeticaV.le Felissent, 20/D31020 Villorba (TV) - Italyluigi.gitto@dbagroup.it T: +39 0422 318811www. dbaprogetti.it